Andre artikler i serien:
- Historien om relé
- Historien om elektroniske datamaskiner
- Historien om transistoren
- Historien om internett
I lÊrte vi om hvordan den amerikanske forskeren og professoren fÞrste gang reiste gjennom Europa. Da han besÞkte London, sÞkte han spesielt opp en person han hadde stor respekt for, matematikeren . Sammen med Henry var hans venn, Alexander Bach, og hans nye bekjentskap, ogsÄ en eksperimentator innen telegrafi, . Babbage fortalte sine gjester at han snart skulle demonstrere sin regnemaskin for et medlem av Parlamentet, men han gledet seg enda mer til Ä dele med dem ideen om sin nye maskin, «som vil overgÄ mulighetene til den fÞrste». Henry noterte de generelle opplysningene om denne planen i sin dagbok:
Denne maskinen er delt inn i to deler, hvorav den ene kalles lagringsenheten av Mr. B., og den andre - maleren. Lagringsenheten er fylt med smÄ hjul med tall tegnet pÄ dem. Veksler trekker dem ut og flytter dem til maleren, hvor nÞdvendige manÞvrer skjer. NÄr den er ferdig, vil denne maskinen vÊre i stand til Ä oppsummere enhver formel av algebraisk natur i en tabell.
En historiker kan ikke unngÄ Ä fÞle et stikk av kulde som lÞper nedover ryggen ved slike tilfeldige sammenflettinger i menneskeliv. Her krysset to trÄder i historien om beregningsmaskiner, hvorav den ene nÊrmet seg sin avslutning, mens den andre bare begynte.
For selv om Babbages maskin ofte blir presentert som begynnelsen pĂ„ historien om moderne universelle datamaskiner, er forbindelsen mellom dem ganske svak. Hans maskin (som han aldri fikk bygget) var et klimaks av drĂžmmen om mekaniske beregninger. Denne drĂžmmen, fĂžrst uttrykt av Leibniz, ble inspirert av stadig mer kompliserte urverk laget av hĂ„ndverkere fra slutten av middelalderen. Men ingen generelle datamaskiner ble bygget utelukkende pĂ„ mekanisk basis â denne oppgaven er for komplisert.
Det elektromagnetiske reléet, som Henry og andre tenkte ut, kan ganske enkelt integreres i beregningskretser, hvis kompleksitet ville virket uforstÄelig uten det. Men det skulle gÄ flere tiÄr fÞr det ble realisert, og verken Henry eller hans samtidige kunne forutsi denne utviklingen. Det ble forlÞperen til utallige transistorer som gjorde den moderne digitale verden mulig, sterkt sammenvevd med livene vÄre i dag. Reléene fylte innmaten i de tidlige programmerbare datamaskinene, som regjerte en kort periode, fÞr de ble erstattet av sine rent elektroniske slektninger.
RelĂ©et ble uavhengig oppfunnet flere ganger pĂ„ 1830-tallet. FormĂ„lene var mangfoldige (de fem oppfinnerne utviklet minst tre forskjellige bruksomrĂ„der) â sammen med brukseksemplene. Men det er praktisk Ă„ tenke pĂ„ det som et dobbelt formĂ„l. Det kan brukes som en bryter som styrer en annen elektrisk enhet (inkludert, viktig nok, et annet relĂ©), eller som en forsterker som konverterer et svakt signal til et sterkt.
Bryter
Joseph Henry kombinert dyp kunnskap om naturfilosofi og mekanikk med interesse for problematikken omkring mekanisk telegrafering. PÄ 1830-tallet var det kanskje bare Whiston som hadde en sÄnn kombinasjon av kvaliteter. Innen 1831 hadde han konstruert en krets pÄ 2,5 km som kunne aktivere en klokke ved Ä bruke det kraftigste magnetet som eksisterte pÄ den tiden. Kanskje, hvis han hadde fortsatt Ä jobbe like aktivt med telegrafen og vist den samme utholdenheten som Morse, ville hans navn vÊrt skrevet i lÊrebÞkene.
Men Henry, som underviste ved akademiet i Albany og senere ved College of New Jersey (nÄvÊrende Princeton University), bygde og forbedret elektriske enheter for forsknings-, undervisnings- og vitenskapelige demonstrasjonsformÄl. Han var ikke interessert i Ä gjÞre pedagogiske verktÞy til et meldingssystem.
Rundt 1835 fant han en spesielt smart demonstrasjon ved hjelp av to kretser. Husk at Henry oppdaget to dimensjoner av elektrisitet â intensitet og mengde (vi kaller dem spenning og strĂžmstyrke). Han skapte kretser med intense batterier og magneter for Ă„ overfĂžre elektromagnetisme over lange avstander, og kretser med kvantitative batterier og magneter for Ă„ generere svĂŠrt kraftige elektromagnetiske krefter.
Hans nye enhet kombinerte begge egenskaper. Den kraftige kvantitative elektromagneten kunne lÞfte laster pÄ hundrevis av kilo. Den intense magneten i enden av den lange kretsen ble brukt til Ä heve en liten metalltrÄd: en bryter. Lukkingen av den intense kretsen fikk magneten til Ä heve trÄden, som sÄ Äpnet bryteren og den kvantitative kretsen. Den kvantitative elektromagneten slapp deretter brÄtt lasten sin med et hÞyt brak.
Dette relĂ©et â og det var nettopp denne rollen intense magneten og trĂ„den hadde â var nĂždvendig for Ă„ demonstrere transformasjonen av elektrisk energi til mekanisk, samt hvordan en liten kraft kan styre en stor. Den enkle nedsenkningen av trĂ„den i syre for Ă„ lukke kretsen fĂžrte til en liten bevegelse av den lille bryteren, noe som til slutt resulterte i en katastrofe i form av at metall falt ned, i en mengde stor nok til Ă„ knuse noen som var dumme nok til Ă„ stĂ„ under. For Henry var relĂ©et et verktĂžy for Ă„ demonstrere vitenskapelige prinsipper. Det var en elektrisk spak.
Henry var sannsynligvis den fĂžrste som pĂ„ denne mĂ„ten koblet sammen to kretser â for Ă„ bruke elektromagnetismen fra en krets til Ă„ styre en annen. Det andre stedet, sĂ„ langt vi vet, tilhĂžrer William Cooke og Charles Wheatstone, selv om de hadde helt andre mĂ„l.
I mars 1836, kort tid etter Ä ha vÊrt pÄ en demonstrasjon i Heidelberg av telegrafen som brukte et galvanisk nÄl for Ä overfÞre signaler, ble Cook inspirert av en musikalsk boks. Cook mente at bruken av nÄler som representerer bokstaver i en virkelig telegraf ville kreve flere nÄler, og for dem ville flere kretser vÊre nÞdvendige. Cook Þnsket at elektromagneten skulle aktivere en mekanisme som allerede kunne vÊre sÄ komplisert som nÞdvendig for Ä demonstrere den Þnskede bokstaven.
Han planla en maskin som lignet pÄ en musikalsk boks, med en sylinder omkranset av mange nÄler. PÄ den ene siden av sylinderen skulle det vÊre en sirkelmÄler med bokstaver. Det skulle vÊre en slik boks i hver ende av telegraflinjen. Den opprinnelige fjÊren skulle fÄ sylinderen til Ä rotere, men mesteparten av tiden ville den vÊre lÄst av en stoppe. NÄr telegrafsignalet trykkes ned, lukkes kretsen, noe som aktiverer elektromagneter som Äpner begge lÄser, og begge maskinene roterer. NÄr den Þnskede bokstaven vises pÄ mÄleren, slippes nÞkkelen, lÄsene gÄr tilbake pÄ plass og stopper bevegelsen av sylindrene. Cook, uten Ä vite det selv, gjenopprettet den kronometriske modellen av Ronalds telegraf, som ble oppfunnet to tiÄr tidligere, og de tidlige eksperimentene til brÞdrene Shapp med telegrafen (de brukte imidlertid lyd, ikke elektrisitet, for Ä synkronisere mÄlerne).
Cook innsĂ„ at en lignende mekanisme kunne hjelpe med Ă„ lĂžse det langvarige problemet med telegrafen â Ă„ varsle mottakeren om en ny melding. For dette kunne man bruke en andre krets med en annen elektromagnet som ville aktivere en mekanisk klokke. Lukkingen av kretsen ville trekke inn stoppen, og klokken ville ringe.
I mars 1837 begynte Cook Ä samarbeide med Whiston om telegrafen, og omtrent pÄ dette tidspunktet begynte de Ä vurdere behovet for en annen krets. I stedet for Ä lage en uavhengig krets for varselssignalet (og strekk kilometer med overflÞdige ledninger), ville det ikke vÊre enklere Ä bruke hovedkretsen for Ä kontrollere signalet?
PÄ den tiden hadde Cook og Whitson gÄtt tilbake til spyddesign, og det var helt klart at man kunne koble en liten bit ledning til nÄlen, slik at nÄr enden ble trukket til elektromagneten, ville halen kortslutte en annen krets. Denne kretsen ville aktivere signalet. Etter en viss periode, hvor mottakeren av meldingen kunne ha tid til Ä vÄkne opp, slÄ av signalet og klargjÞre blyant og papir, kunne nÄlen allerede brukes til Ä overfÞre meldingen i vanlig modus.
I lÞpet av to Är, pÄ to kontinenter, to ganger, med to forskjellige mÄl, innsÄ folk at elektromagneten kunne brukes som en bryter som styrte en annen krets. Men det kunne ogsÄ tenkes en helt annen mÄte Ä samhandle mellom de to kretsene pÄ.
Forsterker
Mot hĂžsten 1837 var Samuel Morse sikker pĂ„ at han kunne fĂ„ ideen om det elektriske telegrafen til Ă„ fungere. Ved Ă„ bruke et kraftig batteri og Henrys magnet sendte han meldinger over en avstand pĂ„ en halv kilometer. Men for Ă„ bevise overfor Kongressen muligheten for Ă„ sende meldinger med telegrafen sin over hele kontinentet mĂ„tte han mer til. Det var klart at uavhengig av batteriets kraft, ville kretsen pĂ„ et tidspunkt bli for lang til Ă„ sende et lesbart signal til den andre enden. Men Morse innsĂ„ at, til tross for det sterke kraftfallet over avstand, kunne elektromagneten Ă„pne og lukke en annen krets drevet av sitt eget batteri, som igjen kunne sende signalet videre. Prosessen kunne gjentas sĂ„ mange ganger som Ăžnsket og dekke avstander av enhver lengde. Derfor ble disse mellomliggende magnetene kalt «relay» â akkurat som poststasjoner for Ă„ skifte hester. De tok imot elektriske meldinger fra en svakere partner og bar dem videre med ny styrke.
Det er umulig Ä fastslÄ om denne ideen ble inspirert av Henrys arbeider, men det er sikkert at Morse var den fÞrste som brukte relé for et slikt formÄl. For ham var reléet ikke en bryter, men en forsterker som kunne omdanne et svakt signal til et sterkt.
PÄ den andre siden av Atlanteren, omtrent pÄ samme tid , en londonfarmaceut, kom pÄ en lignende idé. Han ble sannsynligvis interessert i telegrafen omtrent i 1835. Ved begynnelsen av 1837 gjennomfÞrte han regelmessig eksperimenter med en halvannen kilometers krets i Regent's Park nordvest i London.
Kort tid etter mÞtet mellom Cook og Whistone i mars 1837, fÞlte Davy konkurranse og begynte Ä tenke mer seriÞst pÄ Ä konstruere et praktisk system. Han la merke til at kraften i avbÞyningen av galvanisk nÄl ble merkbart redusert nÄr lengden pÄ ledningen Þkte. Som han skrev mange Är senere:
Da tenkte jeg at selv den minste bevegelsen av nÄlen, pÄ tykkelsen av et hÄr, ville vÊre tilstrekkelig til Ä fÞre to metalldelover i kontakt som lukket en ny krets som var avhengig av et lokalt batteri; og slik kunne det gjentas i all evighet.
Davy kalte denne ideen for Ä omdanne et svakt elektrisk signal til et sterkt en «elektrisk oppdaterer». Men han klarte ikke Ä realisere denne eller noen annen idé om telegrafen. Han fikk patent pÄ telegrafen i 1838, uavhengig av Cook og Whistone. Men i 1839 dro han til Australia for Ä rÞmme fra et ulykkelig ekteskap, og etterlot feltet til sine konkurrenter. Deres telegrafselskap kjÞpte dette patentet noen Är senere.
Relé i verden
I teknologiens historie fokuserer vi mye pÄ systemene, men ofte ignorerer vi komponentene deres. Vi fÞrer historien om telegrafen, telefonen, elektrisk lys, og bader deres skapere i varme strÄler av godkjenning. Men disse systemene kunne bare eksistere takket vÊre kombinasjoner, rekombinasjoner og endringer av eksisterende elementer, som stille vokste i skyggene.
Reléet er et av disse elementene. Det har raskt utviklet seg og fÄtt variasjon nÄr telegrafnettverkene begynte Ä vokse aktivt pÄ 1840- og 1850-tallet. I lÞpet av det etterfÞlgende Ärhundret dukket det opp i elektriske systemer av forskjellige slag. Den tidligste modifikasjonen var bruken av en stiv metallanker, som pÄ telegrafsignalet, for Ä lukke kretsen. Etter at elektromagneten ble slÄtt av, ble ankret frakoblet kretsen ved hjelp av en fjÊr. Denne mekanismen var mer pÄlitelig og holdbar enn ledningsbiter eller nÄler. Det ble ogsÄ utviklet lukkede modeller som standard, i tillegg til det opprinnelige designet, som var Äpent som standard.
Typisk relÚ fra slutten av 1800-tallet. FjÊr T holderanker B borte fra kontakt C. NÄr elektromagnet M aktiveres, overvinne den fjÊren og slÄr kretsen mellom ledningen W og kontakt C pÄ.
I de tidlige Ärene av telegrafen ble reléer sjelden brukt som forsterkere eller "oppdaterere", siden en krets kunne strekke seg over 150 km. Men de var veldig nyttige for Ä koble svake lange linjer med lokale hÞyspenningslinjer som kunne brukes til Ä drive andre maskiner, for eksempel en Morse-registrator.
Titusenvis av patenter i USA fra slutten av 1800-tallet beskriver nye typer reléer og deres nye bruksomrÄder. Et differensialrelÚ som delte spolen slik at den elektromagnetiske effekten ble kompensert i én retning og forsterket i den andre, gjorde det mulig Ä bruke duplex telegrafkommunikasjon: to signaler som gikk i motsatte retninger over én ledning. Thomas Edison brukte et polarisert (eller polar) relÚ for Ä lage en kvadrupel som kunne sende 4 signaler samtidig over én ledning: to i hver retning. I det polariserte relÚet var selve ankeret en permanent magnet som reagerte pÄ strÞmretningen, ikke styrken. Takket vÊre permanente magneter kunne det lages reléer med omskiftbare kontakter som forble Äpne eller lukkede etter omkobling.
Polariserte relĂš
Reléer, i tillegg til telegrafen, ble ogsÄ brukt i signaleringssystemer for jernbaner. Med fremveksten av strÞmnett ble reléer ogsÄ brukt i disse systemene, spesielt som beskyttelsesenheter.
Men selv disse lange og komplekse nettverkene krevde ikke mer av relĂ©ene enn hva de var i stand til Ă„ gi. Telegrafen og jernbanene kom inn i hver by, men ikke i hvert bygg. De hadde titusenvis av sluttpunkter, men ikke millioner. StrĂžmnettkreftene brydde seg ikke om hvor de sluttet â de ga bare strĂžm til det lokale kretsen, og hvert hus og bedrift kunne ta det de trengte.
Telefoni var helt andre saker. Telefoni mÄtte lage forbindelser fra punkt til punkt, fra ethvert hus eller kontor til ethvert annet, og derfor trengte det kontrollkretser av en stÞrrelse aldri sett fÞr. Den menneskelige stemmen, som beveget seg i form av bÞlger gjennom ledningene, var et rikt, men svakt signal. Derfor var det behov for bedre kvalitet pÄ forsterkere for telefonforbindelser. Det viste seg at brytere ogsÄ kunne fungere som slike forsterkere. NÄ styrte telefonnett mer enn noen andre systemer utviklingen av brytere.
Hva Ă„ lese
âą James B. Calvert, âThe Electromagnetic Telegraphâ
⹠Franklin Leonard Pope, «Modern Practice of the Electric Telegraph» (1891)
Kilde: habr.com
Russian
Italian
German
Polish
Estonian
Albanian
Bulgarian
Croatian
Czech
Danish
Dutch
English
French
Hungarian
Latvian
Norwegian
Portuguese
Romanian
Slovak
Slovenian
Spanish
Swedish